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            解析影響發條彈簧疲勞強度的幾個因素

               1.屈服強度材料的屈服強度和疲勞限之間有一定的關系,一般來說,材料的屈服強度越高,疲勞強度也越高,因此,為了提高發條彈簧的疲勞強度應設法提高發條彈簧材料的屈服強度,或采用屈服強度和抗拉強度比值高的材料。對同一材料來說,細晶粒組織比粗細晶粒組織具有更高的屈服強度。

              2.表面狀態大應力多發生在發條彈簧材料的表層,所以發條彈簧的表面質量對疲勞強度的影響很大。發條彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過程中造成的裂紋、疵點和傷痕等缺陷往往是造成發條彈簧疲勞斷裂的原因。

              材料表面粗糙度愈小,應力集中愈小,疲勞強度也愈高。材料表面粗糙度對疲勞限的影響。隨著表面粗糙度的增加,疲勞限下降。在同一粗糙度的情況下,不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞限降低程度也不同,如冷卷發條彈簧降低程度就比熱卷發條彈簧小。因為鋼制熱卷發條彈簧及其熱處理加熱時,由于氧化使發條彈簧材料表面變粗糙和產生脫碳現象,這樣就降低了發條彈簧的疲勞強度。

              對材料表面進行磨削、強壓、拋丸和滾壓等。都可以提高發條彈簧的疲勞強度。

              3.尺寸效應材料的尺寸愈大,由于各種冷加工和熱加工工藝所造成的缺陷可能性愈高,產生表面缺陷的可能性也越大,這些原因都會導致疲勞性能下降。因此在計算發條彈簧的疲勞強度時要考慮尺寸效應的影響。

              4.冶金缺陷冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析,等等。存在于表面的夾雜物是應力集中源,會導致夾雜物與基體界面之間過早地產生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施,可以大大提高鋼材的質量。

              5.腐蝕介質發條彈簧在腐蝕介質中工作時,由于表面產生點蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源,在變應力作用下就會逐步擴展而導致斷裂。例如在淡水中工作的發條彈簧鋼,疲勞限僅為空氣中的10~25。腐蝕對發條彈簧疲勞強度的影響,不僅與發條彈簧受變載荷的作用次數有關,而且與工作壽命有關。所以設計計算受腐蝕影響的發條彈簧時,應將工作壽命考慮進去。

              在腐蝕條件下工作的發條彈簧,為了保證其疲勞強度,可采用抗腐蝕性能高的材料,如不銹鋼、非鐵金屬,或者表面加保護層,如鍍層、氧化、噴塑、涂漆等。實踐表明鍍鎘可以大大提高發條彈簧的疲勞限。

              6.溫度碳鋼的疲勞強度,從室溫到120℃時下降,從120℃到350℃又上升,溫度高于350℃以后又下降,在高溫時沒有疲勞限。在高溫條件下工作的發條彈簧,要考慮采用耐熱鋼。在低于室溫的條件下,鋼的疲勞限有所增加。

              發條彈簧功用

              發條彈簧是通過其自身產生較大彈性變形進行工作的一種彈性元件。在各類機器中的應用十分廣泛。其主要功用是:

              1)控制機械的運動,例如內燃機中控制氣缸閥門啟閉的發條彈簧、離合器中的控制發條彈簧(見圖a);

              2)吸收振動和沖擊能量,例如各種車輛中的減振發條彈簧(見圖b)及各種緩沖器的發條彈簧等;

              3)存儲和釋放能量,例如鐘表發條彈簧(見圖c)、槍栓發條彈簧等;

              4)測量力的大小,例如發條彈簧秤(見圖d)和測力器中的發條彈簧等等。

              發條彈簧的熱處理強化工藝技術

              1)保護氣氛熱處理。在我國,線材小于15mm的發條彈簧、油淬火回火鋼絲及韌化處理鋼的熱處理都采用了保護氣氛熱處理。保護氣氛熱處理能夠消除表面脫碳和氧化,提高材料的表面質量。

              2)感應加熱或保護氣氛感應加熱熱處理。這項工藝一般在螺旋發條彈簧成形前的線材上進行,有些發條彈簧工廠把線材料熱處理和發條彈簧制作放在一起以降低成本。感應加熱處理具有較好的強化效果,感應加熱速度快,有助細化晶粒和減少表面脫碳,可以充分發揮和提高材料的強度和韌性。

              3)表面氮化熱處理工藝技術。近年來,高應力氣門發條彈簧或其他高應力離合器發條彈簧為了達到可靠的疲勞壽命,也采用表面氮化工藝技術,現在比較先進的工藝是低溫氣體氮化技術,一般氮化溫度為(450~470)℃,氣體氮化時間為(5~20)h。

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